專利名稱：一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無源雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在接收平臺運(yùn)動情況下，利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源進(jìn)行目標(biāo)定位技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，雷達(dá)發(fā)射電磁波探測目標(biāo)的過程中同時也會暴露發(fā)射機(jī)的存在和位置。在敵對的環(huán)境下這將會威脅到發(fā)射平臺，甚至?xí)夯o張的國際關(guān)系。而雙基地雷達(dá)的發(fā)射、接收裝置是分離的，接收機(jī)平臺可以保持靜默。雙基地雷達(dá)分為合作式與非合作式，而非合作式雙基地雷達(dá)根據(jù)輻射源的不同又分為基于廣播、電視或衛(wèi)星等機(jī)會照射源的非合作雙基地雷達(dá)和基于己方甚至敵方雷達(dá)輻射源的非合作雙基地雷達(dá)，也稱為無源雙基地雷達(dá)。目前，無源雙基地雷達(dá)探測技術(shù)的研究主要集中于連續(xù)波體制的民用機(jī)會照射源，尤其是基于電視或調(diào)頻廣播的無源雙基地雷達(dá)探測取得了顯著的成果，引起了廣泛的關(guān)注。然而，此類系統(tǒng)仍存在一些不足:1)對于機(jī)載、艦載或潛載等移動平臺而言，由于移動平臺大小受限，無法裝載需要達(dá)到一定增益的電視廣播信號頻段的天線；2)對于海上目標(biāo)探測，尤其是在外海，民用信號資源非常有限，在遠(yuǎn)離海岸幾百公里的海域幾乎收不到電視廣播信號；3)由于FM/TV或GPS等信號并不是為了目標(biāo)探測而專門設(shè)計(jì)的，其信號功率(作用距離)和信號帶寬(距離分辨力)往往不如雷達(dá)信號。因此，迫切需要探索一種新的雷達(dá)探測體制，尋找更多的可用信號及輻射源類型，使系統(tǒng)對可選信號具有更多適應(yīng)性，此時脈沖雷達(dá)信號(包括路、海、空、天基雷達(dá)信號)作為非合作輻射源，與本地接收系統(tǒng)構(gòu)成雙基地雷達(dá)的價值突顯出來。尤其是圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)，此類照射源的掃描方式簡單、有規(guī)律，比較適合用于作為非合作照射源，針對機(jī)載、艦載或潛載等移動接收平臺情況，可以大大簡化接收系統(tǒng)的復(fù)雜度、減小目標(biāo)定位的難度。

發(fā)明內(nèi)容
1.要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為機(jī)載、艦載或潛載等移動平臺提供一種利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源進(jìn)行目標(biāo)定位的方法，其可獲得目標(biāo)的二維坐標(biāo)。2.技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)措施:提供一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源，針對機(jī)載、艦載或潛載等移動接收平臺情況，接收站采用兩個全向天線和兩個結(jié)構(gòu)簡單的接收通道處理來自非合作發(fā)射站的直達(dá)波和目標(biāo)散射信號，實(shí)時計(jì)算出發(fā)射站到接收站的基線距離、發(fā)射站目標(biāo)方位角、雙基地距離差，并通過雙基地幾何關(guān)系確定目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置。其中，針對機(jī)載、艦載或潛載等移動接收平臺情況，發(fā)射站到接收站的基線距離是實(shí)時變化的，此時發(fā)射站到接收站的基線距離L是通過利用相距為d的兩部全向天線，通過測量輻射源主波束掃過兩個天線的時間間隔AT1 = Tm12-TM11、輻射源圓周機(jī)械掃描一周的總時間T和輻射源入射信號方位角Θ來計(jì)算。其中，發(fā)射站目標(biāo)方位角91是通過測量輻射源主波束掃過接收機(jī)和目標(biāo)的時間間隔AT2 =輻射源圓周機(jī)械掃描一周的總時間T來計(jì)算。其中，雙基地距離差Rd是通過測量直達(dá)波與目標(biāo)散射回波的時差A(yù)t = t目標(biāo)_t直
達(dá)波來計(jì)算。利用已計(jì)算出的基線距離L、發(fā)射站目標(biāo)方位角θτ、雙基地距離差RD，通過發(fā)射站、目標(biāo)和接收站構(gòu)成的雙基地三角幾何關(guān)系，就可以解算出接收站到目標(biāo)的距離Rk、接收站目標(biāo)方位角θκ，從而確定目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置。3.有益效果本發(fā)明的有益效果是:只需要使用相對廉價的接收系統(tǒng)，就可以把在附近工作的敵方雷達(dá)作為無意識的非合作輻射源，只要敵方雷達(dá)開機(jī)，系統(tǒng)就能正常工作，完成對目標(biāo)的定位，從而實(shí)現(xiàn)對敵方戰(zhàn)場區(qū)域的監(jiān)視，而不被敵方偵察系統(tǒng)如ESM系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。該體制雷達(dá)具有成本低廉、生存能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在未來戰(zhàn)場中將發(fā)揮重要作用。
四

圖1是本發(fā)明的實(shí)施原理示意圖。圖2是基線距離計(jì)算方法示意圖。圖3是發(fā)射站目標(biāo)方位角計(jì)算方法示意圖。圖4是雙基地距尚差計(jì)算方法不意圖。
五具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明提供一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源，針對機(jī)載、艦載或潛載等移動接收平臺情況，接收站采用兩個全向天線和兩個結(jié)構(gòu)簡單的接收通道處理來自非合作發(fā)射站的直達(dá)波和目標(biāo)散射信號，實(shí)時計(jì)算出發(fā)射站到接收站的基線距離、發(fā)射站目標(biāo)方位角、雙基地距離差，并通過雙基地幾何關(guān)系求解出目標(biāo)到接收站的距離、接收站目標(biāo)方位角，從而確定目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置?；€距離計(jì)算方法如圖2所示，當(dāng)輻射源采用機(jī)械圓周掃描方式時，接收機(jī)可以采用相距為d的兩部全向天線，通過測量輻射源主波束掃過兩個天線的時間間隔AT1 = T天線2_Τ，輻射源天線掃描速度ω和輻射源入射信號方位角Θ來確定距離L，計(jì)算公式如下:L = dcos Θ / ( ω Δ T1)(I)
式⑴中，兩部天線距離d已知；輻射源入射信號方位角Θ可以利用相位法測角原理測得，即利用兩部天線所接收信號的相位差進(jìn)行測角；輻射源主波束掃過兩個天線的時間間隔AT1可以通過測量輻射源掃過接收站兩部天線的振幅最大峰值之間的時間間隔T^2-T測得；通過測量輻射源掃過接收站同一部天線的相鄰最大峰值所對應(yīng)的時間間隔可以測得天線的掃描周期T，從而可以計(jì)算出輻射源天線掃描速度ω =2π/τ。此時公式⑴可以寫成:L = dcos Θ / (2 π A T1ZT)(2)發(fā)射站目標(biāo)方位角計(jì)算方法如圖3所示，發(fā)射機(jī)目標(biāo)方位角可以通過跟蹤發(fā)射機(jī)掃描確定。當(dāng)發(fā)射機(jī)Tx掃過接收機(jī)Rx時，在Iaifem時刻，接收機(jī)Rx可接收到一峰值脈沖；當(dāng)發(fā)射機(jī)Tx掃過目標(biāo)1；后，目標(biāo)的反射波在T 時刻被接收機(jī)接收。當(dāng)輻射源以恒定速度圓周掃描時，發(fā)射站目標(biāo)方位角θ τ的確定可以通過測量輻射源掃過接收機(jī)和目標(biāo)之間的時間間隔AT2 = Tgig-T和輻射源掃描一周的總時間T來實(shí)現(xiàn)。將掃描間隔AT2除以掃描周期T，然后再乘以2 π便可計(jì)算出θτ，計(jì)算公式如下:θ τ = 2 π Δ T2/T(3)雙基地距離差計(jì)算方法如圖4所示，通常情況下，目標(biāo)與接收站一般不被發(fā)射機(jī)天線主瓣同時覆蓋,直達(dá)波往往來自輻射源的旁瓣輻射。圖中基線長為L，目標(biāo)散射路徑從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)再到接收機(jī)，長為RT+RK，雙基地距離差Rd = RT+RK_L。發(fā)射脈沖沿直達(dá)波路徑傳播的時間為，沿目標(biāo)散射路徑傳播的時間為雙基地距離差Rd可以通過測量直達(dá)波與目標(biāo)散射回波的時差A(yù)t =，再乘以光速c來計(jì)算，計(jì)算公式如下:Rd = c Δ t(4)由基線距離L、發(fā)射站目標(biāo)方位角θ τ、雙基地距離差RD，通過發(fā)射站、目標(biāo)和接收站構(gòu)成的雙基地三角幾何關(guān)系，可得如下關(guān)系式: Rr2 = Rj2+L2—2RTLcos θ τ(5)式(5)中，發(fā)射站到目標(biāo)的距離& = 1^+卜1^，可解算出接收站到目標(biāo)的距離Rk，計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，其特征在于:利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源，針對機(jī)載、艦載或潛載等移動接收平臺情況，接收站采用兩個全向天線和兩個結(jié)構(gòu)簡單的接收通道處理來自非合作發(fā)射站的直達(dá)波和目標(biāo)散射信號，實(shí)時計(jì)算出發(fā)射站到接收站的基線距離、發(fā)射站目標(biāo)方位角、雙基地距離差，并通過雙基地幾何關(guān)系確定目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，其特征在于所述的基線距離、發(fā)射站目標(biāo)方位角、雙基地距離差的計(jì)算方法為:采用相距為d的兩部全向天線，通過測量輻射源主波束掃過兩個天線的時間間隔AT1 = Tm12-TM11、輻射源圓周機(jī)械掃描一周的總時間T和輻射源入射信號方位角Θ來計(jì)算基線距離L ;通過測量輻射源主波束掃過接收機(jī)和目標(biāo)的時間間隔AT2 = T輻射源圓周機(jī)械掃描一周的總時間T來計(jì)算發(fā)射站目標(biāo)方位角θτ;通過測量直達(dá)波與目標(biāo)散射回波的時差=，再乘以光速c來計(jì)算雙基地距離差Rd。
基線距離L的計(jì)算基于如下公式:L = dcos Θ / (2 π A T1ZT) 發(fā)射站目標(biāo)方位角θ τ的計(jì)算基于如下公式: θ τ = 2 31 Δ Τ2/Τ 雙基地距離差Rd的計(jì)算基于如下公式:Rd = c Δ t。
3.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，其特征在于所述的目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置的計(jì)算方法為:利用已計(jì)算出的基線距離L、發(fā)射站目標(biāo)方位角θτ、雙基地距離差RD，通過發(fā)射站、目標(biāo)和接收站構(gòu)成的雙基地三角幾何關(guān)系，解算出接收站到目標(biāo)的距離Rk、接收站目標(biāo)方位角θκ。
接收站到目標(biāo)的距離Rk的計(jì)算基于如下公式:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖無源雙基地雷達(dá)目標(biāo)定位方法，涉及無源雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，為機(jī)載、艦載或潛載等移動平臺提供一種利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源進(jìn)行目標(biāo)定位的方法。該方法利用圓周機(jī)械掃描的常規(guī)脈沖雷達(dá)作為非合作照射源，移動接收站采用兩個全向天線和兩個結(jié)構(gòu)簡單的接收通道處理來自非合作發(fā)射站的直達(dá)波和目標(biāo)散射信號，實(shí)時計(jì)算出發(fā)射站到接收站的基線距離、發(fā)射站目標(biāo)方位角、雙基地距離差，并通過雙基地幾何關(guān)系求解出目標(biāo)到接收站的距離、接收站目標(biāo)方位角，從而確定目標(biāo)相對于接收機(jī)的位置。本發(fā)明使用相對廉價的接收系統(tǒng)接收敵方雷達(dá)的輻射信號來實(shí)現(xiàn)對敵方戰(zhàn)場區(qū)域的監(jiān)視，而不被敵方偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。
文檔編號G01S13/06GK103116158SQ20131001770
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者宋杰, 何友, 關(guān)鍵, 熊偉, 王國慶, 張財(cái)生, 劉寧波 申請人:中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院